Probieren und halten - Sample and hold

Ein vereinfachtes Beispiel- und Halte-Schaltbild. AI ist ein Analogeingang, AO - ein Analogausgang, C - ein Steuersignal.
Abtastzeiten.
Probieren und halten.
Eine integrierte Sample-and-Hold-Schaltung ( Tesla MAC198)

In der Elektronik ist eine Sample-and-Hold- Schaltung (auch als Sample-and-Follow-Schaltung bezeichnet) ein analoges Gerät , das die Spannung eines sich kontinuierlich ändernden analogen Signals abtastet (erfasst, nimmt) und seinen Wert für a konstant hält (sperrt, einfriert) festgelegte Mindestdauer. Abtast- und Halteschaltungen und zugehörige Spitzendetektoren sind die elementaren analogen Speichervorrichtungen . Sie werden normalerweise in Analog-Digital-Wandlern verwendet , um Schwankungen des Eingangssignals zu beseitigen, die den Wandlungsprozess verfälschen können. Sie werden auch in der elektronischen Musik verwendet, um beispielsweise nacheinander gespielten Noten eine zufällige Qualität zu verleihen.

Eine typische Abtast- und Halteschaltung speichert elektrische Ladung in einem Kondensator und enthält mindestens eine Schaltvorrichtung wie einen FET-Schalter (Feldeffekttransistor) und normalerweise einen Operationsverstärker . Um das Eingangssignal abzutasten, verbindet der Schalter den Kondensator mit dem Ausgang eines Pufferverstärkers . Der Pufferverstärker lädt oder entlädt den Kondensator so, dass die Spannung am Kondensator praktisch gleich oder proportional zur Eingangsspannung ist. Im Hold-Modus trennt der Schalter den Kondensator vom Puffer. Der Kondensator wird ausnahmslos durch seine eigenen Leckströme und Nutzlastströme entladen , wodurch die Schaltung von Natur aus flüchtig wird. Der Spannungsverlust ( Spannungsabfall ) innerhalb einer bestimmten Haltezeit bleibt jedoch für alle außer den anspruchsvollsten Anwendungen innerhalb einer akzeptablen Fehlergrenze.

Zweck

Abtast- und Halteschaltungen werden in linearen Systemen verwendet. Bei einigen Arten von Analog-Digital-Wandlern wird der Eingang mit einer Spannung verglichen, die intern von einem Digital-Analog-Wandler (DAC) erzeugt wird. Die Schaltung versucht eine Reihe von Werten und stoppt die Umwandlung, sobald die Spannungen innerhalb einer definierten Fehlergrenze gleich sind. Wenn sich der Eingabewert während dieses Vergleichsprozesses ändern könnte, wäre die resultierende Konvertierung ungenau und möglicherweise nicht mit dem tatsächlichen Eingabewert verbunden. Solche aufeinanderfolgenden Approximationswandler enthalten häufig interne Abtast- und Halteschaltungen. Darüber hinaus werden häufig Proben- und Halteschaltungen verwendet, wenn mehrere Proben gleichzeitig gemessen werden müssen. Jeder Wert wird unter Verwendung eines gemeinsamen Abtasttakts abgetastet und gehalten.

Für praktisch alle handelsüblichen Flüssigkristall- Aktivmatrix- Displays, die auf elektrooptischen TN-, IPS- oder VA-LC-Zellen basieren (ausgenommen bistabile Phänomene), stellt jedes Pixel einen kleinen Kondensator dar, der periodisch auf einen Wert aufgeladen werden muss, der dem Graustufenwert entspricht (Kontrast) für ein Bildelement erwünscht. Um den Pegel während eines Abtastzyklus (Bildperiode) aufrechtzuerhalten, ist parallel zu jedem LC-Pixel ein zusätzlicher elektrischer Kondensator angebracht, um die Spannung besser zu halten. Ein Dünnschicht-FET-Schalter wird angesprochen, um ein bestimmtes LC-Pixel auszuwählen und die Bildinformationen dafür aufzuladen. Im Gegensatz zu einem S / H in der allgemeinen Elektronik gibt es keinen Ausgangs-Operationsverstärker und kein elektrisches Signal AO. Stattdessen steuert die Ladung der Haltekondensatoren die Verformung der LC-Moleküle und damit den optischen Effekt als Ausgang. Die Erfindung dieses Konzepts und seine Implementierung in der Dünnschichttechnologie wurden mit der IEEE Jun-ichi Nishizawa-Medaille ausgezeichnet .

Die Sample and Hold-Schablone auf einem Korg ARP Odyssey- Synthesizer.

Während eines Scan-Zyklus folgt das Bild nicht dem Eingangssignal. Dies ermöglicht keine Auffrischung des Auges und kann zu Unschärfe während Bewegungsabläufen führen. Außerdem ist der Übergang zwischen den Bildern sichtbar, da die Hintergrundbeleuchtung ständig beleuchtet wird, was zu Bewegungsunschärfe führt .

Abtast- und Halteschaltungen finden sich auch häufig bei Synthesizern , entweder als diskretes Modul oder als integraler Bestandteil. Sie werden verwendet, um periodische Abtastungen eines eingehenden Signals zu entnehmen, typischerweise als Modulationsquelle für andere Komponenten des Synthesizers. Wenn eine Abtast- und Halteschaltung an einen Generator für weißes Rauschen angeschlossen wird, entsteht eine Folge von Zufallswerten, die - abhängig von der Modulationsamplitude - verwendet werden können, um subtile Variationen in einem Signal oder stark variierende Zufallstöne bereitzustellen.

Implementierung

Um die Eingangsspannung so stabil wie möglich zu halten, ist es wichtig, dass der Kondensator eine sehr geringe Leckage aufweist und nicht in nennenswertem Maße belastet wird, was eine sehr hohe Eingangsimpedanz erfordert .

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise